Um ânodo estável para sódio

As baterias de íons de sódio podem ser uma alternativa de baixo custo às baterias de íons de lítio, se forem encontradas maneiras de impedir que os grandes íons de sódio destruam seus eletrodos à medida que vão e voltam.

Como um possível ânodo de íons de sódio para essas baterias, os cientistas de materiais da Universidade de Qingdao usaram dióxido de titânio e grafite para produzir uma estrutura estável, inalterada após 2.000 ciclos.

“Os pesquisadores descobriram que a bateria exibia uma capacidade específica reversível de 228mAh/g a uma densidade de corrente de 0,05A/g, com 100% de retenção de capacidade após 2.000 ciclos a 1A/g”, de acordo com a universidade. "Uma célula tipo moeda completa montada com Na3V2(PO4)3 como cátodo forneceu uma densidade de energia de 220Wh/kg."

Como matéria-prima, a equipe escolheu uma forma de TiO2 conhecida como 'anatase', cuja estrutura cristalina é porosa aos íons Na+ devido à presença de canais bidimensionais.

No entanto, de acordo com o professor de Qingdao, Xiu Song Zhao, o anatase tem baixa condutividade eletrônica e a taxa de difusão de íons pode ser melhor.

A resposta, comum à maior parte da construção de eletrodos de bateria, é aumentar a área de superfície relativa do material usando partículas microscópicas, mantidas robustamente em uma matriz condutora altamente porosa.

A abordagem de Zhao para esse fim foi explorar a química sol-gel para sintetizar anatásio esponjoso e termicamente estável coberto com carbono.

A estabilidade térmica é importante aqui, pois a temperatura é algo que pode alterar a estrutura cristalina da anatase em outras formas de TiO2 menos capazes de armazenar íons de sódio. A equipe de Qingdao disse que seu material de ânodo é estável até 750°C.

"Este trabalho preparou anatásio com uma estrutura especial para melhorar a condutividade eletrônica e a cinética de difusão de íons", disse Zhao. Ele "fornece um método para sintetizar materiais de ânodo à base de dióxido de titânio de alto desempenho e ideias para estudar o mecanismo de armazenamento do anatase".

O trabalho é descrito em 'Sodium-Ion Storage Properties of Thermally Stable Anatase', publicado em Energy Material Advances.